Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss von Partikelgeometrie auf das mechanische Verhalten von Schüttgütern mit Hilfe der Diskreten Elemente Methode

Im Rahmen dieser Dissertation wird der Einfluss von Partikelgeometrie auf das mechanische Verhalten von Schüttgütern sowohl experimentell als auch numerisch mit Hilfe der Diskreten Elemente Methode (DEM) untersucht. Zu diesem Zweck wurden sowohl ein Silo als auch ein Drehrohr im Labormaßstab konstruiert und aufgebaut, an denen eine Vielzahl partikelmechanischer Vorgänge und Phänomene beobachtet werden können. Zusätzlich werden zwei geometrische Parameter zur Charakterisierung der Einzelpartikelgeometrie definiert sowie zwei Testkörperreihen ausgewählt, die eine Variation dieser beiden Parameter beinhalten. Dadurch wird eine gezielte Untersuchung der Einflüsse der beiden Geometrieparameter auf das mechanische Schüttungsverhalten ermöglicht. Durch einen Vergleich experimenteller und numerischer Ergebnisse, wird zusätzlich die Eignung der DEM zur Abbildung komplexer Partikelgeometrie und korrekter Berechnung des Einflusses der selbigen auf die verschiedenen, makroskopischen Schüttungsparameter geprüft.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden gängige Verfahren zur Partikelapproximation innerhalb der DEM vorgestellt sowie erforderliche Erweiterungen und Optimierungen entwickelt. Darüber hinaus werden die Wahl des Approximationsverfahrens und der Approximationsgenauigkeit als weitere, wesentliche Parameter einer DEM-Simulation identifiziert.
In einem weiteren Schritt wird versucht den Skalenbereich, in dem Partikelgeometrie einen wesentlichen Einfluss auf das mechanische Schüttgutverhalten aufweist, einzugrenzen. Zu diesem Zweck werden DEM-Simulationen an Systemen mit stark unterschiedlichen Verhältnissen von Partikel- zu Systemgröße durchgeführt und ausgewertet.